Энергетические характеристики элементов периодической системы Д. И. Менделеева

Для понимания фрактальной картины микромира и для описания характеристик элементов периодической системы приведем достигнутые результаты исследований, изложенные в пп. 2.6, 2.7, 4.2. При этом обратим внимание, что материя во Вселенной состоит из водорода, составляющего 90% вещества; следующий по размерам атома — гелий составляет 9%, а на долю всех элементов остается 1%. Отсюда понятно, почему так оптимально устроены наша Земля, Луна, планеты, которые рассмотрены в главе 3.

В [2] и в пп. 2.6, 4.2 на основании фрактальной модели атома определена энергия электронной оболочки К, где она выражена следующим соотношением (4.9):

W_K = D_KW_атом,

где D_K фрактальная размерность электронной оболочки К; W_аTOM — потенциальная энергия атома в электронвольтах (эВ), которая представлена (4.8) как:

W_атом

= 13,6^.Z²,

a Z — порядковый номер элемента в периодической таблице. Фрактальная размерность представлена выражением (4.10):

D_K = (Z - S)^1/2/(2 • lnZ).

Число (Z — S)^1/2 называют показателем интенсивности внешних электронов, причем Z — S определяет число внешних электронов. Для второго периода элементов оно соответствует номеру группы периодической таблицы. Фрактальная размерность зависит не только от числа переносимых электронов, но и от количества заполненных электронных оболочек атома, поэтому S изменяется от 2, начиная с третьего элемента (Li), до S = 9, начиная со 102-го элемента (No). Поэтому для элементов:

с 3Li no 28Ni

с 29Cu no 45Rh

с 46Pd по 53I

с 54Хе по 65Тb

с 66Dy по 77Ir

с 78Pt no 85At

с 86Rn no l0lMd

со 102No

S = 2,

S = 3,

S = 4,

S = 5,

S = 6,

S = 7,

S = 8,

S = 9.

При этом фрактальная размерность К-оболочки атома гелия:

D_{K Не} = (Z - S)^1/2/(2 • ln(Z + S)) = (2 - 1)1/2/(2 • ln(2 + 1)) = l/(2 • ln3).

Фрактальная размерность электронных оболочек L, M, N представлена в [3] и в п. 2.6 данной работы.

Фрактальная размерность электронной оболочки L (с 3-го периода по 7-й включительно для элементов с 11Na по 104Db) определяется как:

где n — номер периода элементов в периодической таблице, а n* показывает, что n определяется как среднее геометрическое значение между номером предыдущего периода n -1 и периода расположения n для элементов, расположенных в верхних рядах больших периодов 4, 5, б — большие периоды. Энергия этой оболочки для указанных элементов определяется по указанной выше формуле (4.9), т. е. умножив размерность (4.27) на энергию атома (4.8), выражаемую формулой W_aTOM = 13,6 • Z².

Для оболочки М определены следующие выражения фрактальных размерностей:

Четвертая оболочка N элементов периодической таблицы описывается следующими выражениями фрактальных размерностей:

с 37Rb по 46Pd D_N = (Z-36)^1/8 ((Z-36)/2)^1/8 /(401nZ •
1n 5), (4.32)

с 47Ag по 68Ег D_N = (Z-46)^1/3 • lnn/(43 • (5)^1/8 ln(Z/5) •
1n 5), _____________________ (4.33)

с 69Tm no 78Pt D_N = (Z – 60)^1/2 /(201nZ • 1n 5), (4.34)

с 79Аu по 104Db D_N = (Z-78)^1/8 /(41nZ • 1n 5). (4.35)

Следует заметить, что значениям энергетических уровней должен быть присвоен отрицательный знак. Отрицательный знак появляется из-за определения нулевой энергии. Потенциальная энергия может быть определена только относительно произвольного нуля, и для атомов принято, что она равна нулю, когда электрон находится на бесконечном удалении от ядра. Отрицательно заряженный электрон притягивается положительно заряженным ядром, так что необходимо затратить энергию, чтобы переместить электрон из положения равновесия в бесконечность. Таким образом, электрон, находящийся на соответствующем уровне, имеет отрицательную энергию.

Мы уже знаем, что по абсолютной величине энергия оболочек равна работе, которую нужно затратить для перемещения электрона с электронной оболочки. Поэтому для атома водорода и гелия эта работа по удалению электрона с К — оболочки совпадает с первым ионизационным потенциалом. Начиная с лития, чтобы отделить электрон от внутренней К-оболочки, необходимо сначала затратить работу по переносу внешних электро -нов на высшие энергетические уровни. Вследствие этого, энергия К-оболочки будет меньше ионизационного потенциала номера Z-1 для данного элемента. Это особенно важно для понимания потенциальной энергии атома, которая совпадает с ионизационным потенциалом порядка Z для данного элемента.

Исходя из физической сущности измерения энергии ионизации элементов, затраченная работа по удалению электрона возрастает с увеличением кратности ионизации, т. е. числа электронов, вырванных из атома. Из атома освобождается не один, а несколько электронов в зависимости от величины ускоряющего электрического поля. Это обусловлено тем, что с увеличением энергии

ионизации сначала отрывается наиболее слабо связанный первый электрон, затем второй, третий и т. д. и образуется многозарядный положительный ион. Поэтому номер ионизационного потенциала указывает кратность ионизации. Вот почему ионизационный потенциал порядка Z равен работе, которую нужно затратить для отделения всех электронов от атома.

Потенциальная энергия атома для всех элементов периодической таблицы определена в виде соотношения (4.8) как W_aTOM = 13,6 • Z² и является фундаментом для определения энергий электронных оболочек. Помним, что по определению эта энергия равна работе, которую нужно затратить для отделения всех электронов от атома. Правомерность данных положений доказана рекомендованными экспериментальными данными, основанными на спектроскопических и других наблюдениях. Эти результаты представлены ниже для всех элементов периодической системы. Однако для тяжелых элементов, начиная с 85At и кончая 104Db, потенциальная энергия атомов уточнена как:

(4.36)

где А — число нуклонов элемента. Это уточнение обусловлено взаимодействием поля ядра с электронным окружением для тяжелых элементов в более широких пределах, взаимодействие вызывается дополнительным влиянием локальных зарядов (кварков) нейтронов. Однако это уточнение незначительно, порядка 1%. Влияние ядра приводит к тому, что начиная примерно с 88-го элемента (Ra), энергия К-оболочки W_K начинает превосходить потенциальную энергию атома W_aTOM. Это обусловливает возбужденное состояние атома и приводит к самопроизвольному распаду элемента. Считается, ядра атомов с атомным номером выше 83-го элемента (Bi) (примыкающие к 88-му элементу) являются неустойчивыми и начинают распадаться. Нынешняя физика

связывала распад элементов с дефектом массы ядра [49, 65].

В данном параграфе представлены также потенциальные энергии ядер в мегаэлектронвольтах (МэВ) для всех элементов периодической системы (см. также п. 2.7, 4.2). Энергии ядер, имеющих Z протонов и N нейтронов, определены в виде соотношения (4.12) как:

W_ядро = D(4 Z + N/2),

где D — глобальная фрактальная размерность ядра. Для ядра гелия ₂Не⁴ D = 1. Начиная со второго периода элементов, глобальная фрактальная размерность ядер определяется соотношением (4.13) как:

D = lnN/(2 • lnn),

где n — номер периода элементов в периодической таблице. Для элементов, расположенных во 2-м периоде, величина n определяется как среднее геометрическое значение между периодом их расположения n = 2 и последующим периодом n + 1 = 3; а для элементов, расположенных в верхних рядах больших периодов (4, 5 и 6-й — большие периоды), величина n определяется как среднее геометрическое значение между предыдущим периодом n-1 и периодом их расположения n.

Такой подход к определению n для второго периода вызван тем, что нейтронная оболочка для ядер элементов второго периода не заполнена, вследствие чего протоны меняют свое энергетическое положение. Если бы в атоме не было нейтронной оболочки, он бы развалился. Это связано с тем, что все протоны имеют одинаковый глобальный положительный заряд, поэтому они взаимно отталкиваются. Следовательно, одно из назначений нейтронной оболочки — удержать протоны на месте. Поэтому становится понятным правило определения величины n энергетического уровня нейтронной обо-

лочки для элементов, расположенных в верхних рядах больших периодов. Для понимания номера периода отметим, что целое число n характеризует энергию частиц, заполняющих данный энергетический уровень.

В выражении для ядерной энергии (4.12) слагаемые в скобках называются соответственно интенсивностью протонов и интенсивностью нейтронов. Эти интенсивности определяются по закону Остроградского — Гаусса [43] с учетом парного объединения нейтронов своими фрактальными «основаниями». Взаимное притяжение пары нейтронов происходит за счет их разноименных зарядов кварков. Из результатов исследования периодической системы можно сделать вывод (см. п. 4.2), что сердцевина ядра образуется протонами, которые окружены нейтронной оболочкой, причем центр сердцевины заполнен не протонами, а вихревой структурой пространства. Такая модель ядра весьма отличается от неверной модели нынешней физики, по которой [49, 65] протоны и нейтроны располагаются равномерно на своих уровнях по всему объему ядра. Мы знаем, что энергия ядра W_ядро по абсолютной величине равна работе, которую нужно затратить для полного расщепления ядра на отдельные протоны и нейтроны. Установленная связь энергии ядер атомов с их количественным составом представлена в [2, 3, 9] и в п. 2.7, 4.2.

Ниже представлены энергетические характеристики элементов периодической системы. Табличные значения этих характеристик взяты из следующих источников [46, 47, 50, 69].

Обратим внимание, что при рассмотрении табличных значений энергетических характеристик нельзя ожидать, чтобы количественный анализ этих значений отличался высокой воспроизводимостью, так как существует слишком много факторов, которые с трудом поддаются контролю. Исходя из рассмотрения всех потенциальных источников ошибок, можно сделать вывод, что относи-

тельное стандартное отклонение результата анализа порядка 10% является на сегодня лучшим. Поэтому при большом различии табличных значений использованные данные из других источников взяты в скобки.

Данная работа еще раз подтверждает, что фундаментом мироздания является электрический заряд, а масса — продукт образования его носителями (электронами, кварками, протонами и т. п.) геометрических форм всех физических объектов. Установленный фундамент мироздания позволяет показать глубокую общность и единство материального мира и установить единое взаимодействие, которое определяет явления и процессы в электромагнитной природе. Только геометрия и структура материальных объектов приводят к явно различимым электромагнитным эффектам. Такое представление природы определяет энергетические характеристики для всех элементов периодической системы. Нынешняя физика определяет энергетические характеристики только для одного элемента — атома водорода, потому что она не видит природу простой и единой, электромаг -нитной по своей сущности.

Таким образом, данное исследование является обобщением новой науки о природе, названной «Фрактальная физика. Наука о мироздании».

ГЛАВА 5